浅述软土地基桩侧负摩阻力问题.doc

1、浅述软土地基桩侧负摩阻力问题摘要:负摩阻力问题严重影响着建筑物的安全，桩的负摩阻力的大小受多种因素的影响，故其准确数值很难计算。介绍和阐述桩侧负摩阻力产生的条件和机理，桩侧负摩阻力的计算方法，中性点的确定，防治和减少桩侧负摩阻力的方法。 关键词:负摩阻力 有效桩长 中性点 中图分类号：TU471.8 文献标识码： A 文章编号： 随着人文居住环境的改善以及土地价格的不断攀升，建筑物已从多层不断的转向高层建筑，从而对地基承载力和变形要求也越来越高，越来越严格。因此地基处理变得越来越重要。在地基处理工程中，因负摩阻力问题，造成工程事故屡有发生（建筑物出现沉降、倾斜、开裂） ，负摩阻力问题在我国工程

2、实践中已变成一个热点问题。 一、负摩阻力的产生机理及其危害 桩周土的沉降大于桩体的沉降，桩土的相对位移（或者相对位移趋势）是形成摩擦力的原因，桩基础中，如果土给桩体提供向上的摩擦力就称为正摩阻力；反之，则为负摩阻力。 在软土地基中负摩阻力一般可能由以下原因或组合造成： 位于桩周的欠固结黏土或新近回填土在自重作用下产生新的固结； 大面积地面堆载使桩周土层压缩固结下沉； 打桩后孔隙水压力消散引起的固结沉降； 地下水位降低，有效应力增加引起土层下沉； 非饱和填土因浸水而湿陷； 可压缩性土经受持续荷载，引起地基土沉降； 地震液化。 桩周产生负摩阻力问题，在我国工程实践中已变成一个热点问题，不少建筑物桩

3、基由于存在上述三类问题的条件之一而出现沉降、开裂、倾斜，以致有的无法使用而拆除，或花费大量经济进行加固，等等。 1、对于摩擦型桩基，当出现负摩阻力对基桩下拉荷载时，由于持力层压缩层较大，随之引起沉降。桩基沉降一出现，土对桩的相对位移减少，负摩阻力效应降低，直至转化为零。因此一般情况下对于摩擦型桩基，可近似视中性点以上侧阻力为零计算桩基承载力。 2、对于端承型桩基，由于其桩端持力层较坚硬，受负摩阻力引起下拉荷载后不致产生沉降或沉降量较小，此时负摩阻力将长期作用于桩身中性点以上侧表面。因此应计算中性点以上负摩阻力形成的下拉荷载，并以下拉荷载作为外荷载的一部分验算桩基承载力。 由于下拉荷载的计算是以

4、负摩阻力、中性点位置均达理论最大值的假定为基础的。实际上由于桩身材料的弹性压缩、桩端持力层的压缩引起桩基一定沉降，导致摩阻力小于理论最大值。因此在以往定值设计中将安全系数降低，即由正常状态的 K=2 降至 K=1.21.3。 二、规范规定考虑负摩阻力的条件 1、国家行业标准建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008）的规定：第一类情况为桩周土在自重作用下固结沉降或浸水导致结构破坏强度降低而固结；第二类情况为外界荷载作用导致桩周土固结沉降；第三类情况为因降水导致有效应力增大而固结。对于端承型桩基尚应考虑负摩阻力引起基桩下拉荷载。 2、国家标准建筑地基基础设计规范 （GB50007-2011）8.5

5、. 2 条、浙江省标准建筑地基基础设计规范 （DB33/1001-2003 J 10252-2003）9.2.9 条中规定：由于欠固结软土、湿陷性土和场地填土的固结，场地大面积堆载，降低地下水位等原因，引起桩周土的沉降大于桩的沉降时，应考虑桩侧负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响。 三、关于负摩阻力引起下拉荷载的计算 影响负摩阻力的因素很多，诸如桩侧与桩端土的变形与强度性质、土层的应力历史、地面的堆载大小与范围、降低地下水位的范围与深度、桩顶荷载施加时间与发生负摩阻力的时间之间的关系、桩的类型与成桩工艺等。因此，精确计算负摩阻力是复杂而困难的。迄今国内外学者提出的计算方法与公式都是近似的和经验性的

6、。 国内目前常用负摩阻力估算方法，见表 1。 表 1 工程中常用的负摩阻力估算方法 多数学者认为桩侧负摩阻力的大小与桩侧土的有效应力有关，不同负摩阻力计算式中也多反映出有效应力因素。根据大量试验与工程实测结果表明，以有效应力法较接近实际。因此规范规定如下有效应力法为负摩阻力标准值计算法。 式中 -第 I 层土桩侧负摩阻力标准值； k-土的侧压力系数； -土的有效内摩擦角； -第 I 层土的有效平均竖向有效应力； -负摩阻力系数； 四、关于中性点的确定 当桩身穿越厚度为的可压缩土层，桩端设置于较坚硬的持力层时，在桩的某一深度以上，土的沉降大于桩的沉降，在该段桩长内，桩侧产生负摩阻力；在以下的可压

7、缩层内，土的沉降小于桩的沉降，土对桩产生正摩阻力，在深度处，桩土相对位移为零，即既没有负摩阻力，又没有正摩阻力，习惯上称该点为中性点。 由于中性点深度受桩土相互作用的各种因素的影响而呈明显的动态变化，对中性点的考虑如何反映施工过程以及以后使用过程中可能遇到的因素变化等，对于负摩阻力桩的合理设计等意义重大。不解决这个难题，则负摩阻力的计算及可能产生的危害也就无法从根本上解决。 一般来说中性点的位置，在初期是有变化的，中性点也将稳定在某一固定深度处。中性点的确定对于桩纵向取值有着重要意义。对于存在负摩阻力的桩基础，显然应自中性点以下计取侧摩阻力值，中性点以上不再计取侧摩阻力值。因此，有效桩长的概念

8、不应含中性点以上的几何尺寸部分。真正发挥侧摩阻力值的有效桩长应自中性点以下部位，至桩身变径处计取。 五、工程实例 1、工程概况 某场地为近期围垦地，场地内拟建 56 层(局部 7 层)厂房 2 栋、1层厂房 2 栋，框架结构，单柱最大荷载效应组合标准值要求满足5000KN。 2、地层分布特征及各土层参数 岩层面较起伏，各岩土层分布特征及桩基础设计所需各土层参数见表 2： 表 2 地层特征及各土层参数表 六、计算结果比较 1、不考虑负摩阻力的计算结果 按国家行标建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008）： qpa 为桩端土的承载力特征值；qsa 桩侧土的承载力特征值；按本工程岩土工程勘察报告对应

9、的建议值取值，则： 取，钻孔灌注桩（700mm）： ；采用两桩承台，则单柱承载力标准值 R 为 4165.125000KPa； 2、负摩阻力取值 由于欠固结土及新近沉积土层存在于桩周产生负摩阻力可能产生危害，故必须考虑负摩阻力带来的不利影响，按国家行标建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008）计算负摩阻力引起的下拉荷载： 中性点位置： 中性点位置以上各土层引起的下拉荷载如下： =345KN。 可见桩基础设计时若考虑桩周土负摩阻力引起的下拉荷载，其对应的单柱荷载效应标准组合值应为 5000+345=5345KN5400KN。 3、考虑负摩阻力的计算结果 在考虑桩周土负摩阻力影响的桩基设计中，中性

10、点以上土层侧摩阻力值取零，且桩基荷载对应的包括负摩阻力引起的下拉荷载。故： 按国家行标建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008）： qpa 为桩端土的承载力特征值；qsa 桩侧土的承载力特征值；按本工程岩土工程勘察报告对应的建议值取值，则： 取,考虑负摩阻力影响，确定的桩身中性点以上不计侧摩阻力值，则钻孔灌注桩（700mm）：；采用四桩承台，则单柱承载力标准值 R 为6948KN5400KN； 取,考虑负摩阻力影响，确定的桩身中性点以上不计侧摩阻力值，则钻孔灌注桩（800mm）：；采用三桩承台，则单柱承载力标准值 R 为6708KN 5400KN； 均满足荷载要求。 七、结论 1、由于桩基础等

11、深基础周围存在着欠固结土等力学性质较差土层时，会产生负摩阻力，对桩基础工作产生危害。负摩阻力一般在桩基础工作过程中受载后，有一定的滞后性，因此在桩基础设计时应充分考虑负摩阻力可能带来的危害。 2、对于存在负摩阻力的桩基础，单桩设计时应首先确定合理的中性点。中性点以上存在的常规固结土所提供的正摩阻力被作为一种安全储备计取在单桩承载力设计值之外。能提供正摩阻力的桩身部分自中性点以下至桩身变径处。 3、考虑负摩阻力的大直径桩，有效桩长宜选中性点以下至桩身变径范围以内的几何标注部分。中性点以上无论几何尺寸多长均不应定义在有效桩长范围以内。它表明了考虑负摩阻力单桩受载工作时的一种力学分配。 参考文献 1、国标建筑地基基础设计规范 （GB50007-2011） ； 2、浙江省标准建筑地基基础设计规范 （DB 33/1001-2003 J 10252-2003） ； 3、行标建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008） ； 4、周国林.单桩负摩阻力传递机理分析J.岩土力学，1991，12（3）：35-24； 5、高大钊，赵春风，徐斌.桩基础的设计方法与施工技术M.北京：机械工业出版社，1999。